JP2015050372A - Method for manufacturing thermoelectric conversion module - Google Patents
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Description
本発明は、複数のｐ型素子とｎ型素子を接合して熱電変換モジュールを製造する方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a thermoelectric conversion module by joining a plurality of p-type elements and n-type elements.
従来、ゼーベック効果を利用した熱電変換モジュールが知られている。熱電変換モジュールは、一般に、セラミックス基板上にｐ型半導体からなる熱電変換素子（ｐ型素子）とｎ型半導体からなる熱電変換素子（ｎ型素子）を交互に配列し、それらのｐ型素子とｎ型素子を電極で直列に接続した構造を有している。 Conventionally, a thermoelectric conversion module using the Seebeck effect is known. In general, a thermoelectric conversion module is configured by alternately arranging a thermoelectric conversion element (p-type element) made of a p-type semiconductor and a thermoelectric conversion element (n-type element) made of an n-type semiconductor on a ceramic substrate. It has a structure in which n-type elements are connected in series with electrodes.
そして、従来から、熱電変換モジュールで高い出力（発電出力）を得ることができるように、様々な提案がなされてきた。例えば、従来、金属熱源の温度勾配を少なくし、金属熱源とセラミックス基板との接触面積を増大させて、金属熱源から熱電変換モジュールへの入熱効果を上げ、高い発電出力を得ることができる熱電変換装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。 Conventionally, various proposals have been made so that a high output (power generation output) can be obtained with the thermoelectric conversion module. For example, conventionally, the temperature gradient of the metal heat source is reduced, the contact area between the metal heat source and the ceramic substrate is increased, the heat input effect from the metal heat source to the thermoelectric conversion module is increased, and a high electric power output can be obtained. A conversion device has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、従来の熱電変換装置では、金属熱源とセラミックス基板との接触面積（すなわち、熱電変換モジュール以外の構成）について高出力化のための工夫がされているものの、熱電変換モジュール自体の高出力化・高効率化については何らの工夫もされていなかった。 However, in the conventional thermoelectric conversion device, the contact area between the metal heat source and the ceramic substrate (that is, the configuration other than the thermoelectric conversion module) is devised to increase the output, but the output of the thermoelectric conversion module itself is increased. -No improvement was made for higher efficiency.
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、熱電変換モジュールの高出力化・高効率化をすることのできる熱電変換モジュールの製造方法を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of said subject, and it aims at providing the manufacturing method of the thermoelectric conversion module which can make high output and high efficiency of a thermoelectric conversion module.
本発明の熱電変換モジュールの製造方法は、複数のｐ型素子とｎ型素子を接合して熱電変換モジュールを製造する熱電変換モジュールの製造方法であって、製造方法は、焼結ダイに、（１）金属層、（２）ＦｅＳｉ2粉末、（３）金属層を、（１）〜（３）の順に充填し、放電プラズマ焼結法にて焼結を行うことにより、ｐ型素子とｎ型素子をそれぞれ個別に作製する工程と、作製したｐ型素子とｎ型素子について、（１）金属層および／または（３）金属層を切削することにより、ｐ型素子とｎ型素子の高さを揃える工程と、高さを揃えたｐ型素子とｎ型素子の両端面に金属材を塗布し、金属材を介してｐ型素子とｎ型素子の両端面を金属電極に接合する工程と、を含み、前記ｐ型素子と前記ｎ型素子をそれぞれ個別に作製する工程において、前記（１）金属層および／または前記（３）金属層の厚さが０．０５ｍｍ以上である。 The method for manufacturing a thermoelectric conversion module of the present invention is a method for manufacturing a thermoelectric conversion module in which a plurality of p-type elements and n-type elements are joined to manufacture a thermoelectric conversion module, 1) A metal layer, (2) FeSi 2 powder, and (3) a metal layer are filled in the order of (1) to (3), and sintered by a discharge plasma sintering method. For each of the steps of individually fabricating the mold elements and the fabricated p-type elements and n-type elements, (1) the metal layer and / or (3) the metal layer is cut, thereby increasing the height of the p-type element and the n-type element. And a step of applying a metal material to both end faces of the p-type element and the n-type element having the same height, and joining both end faces of the p-type element and the n-type element to the metal electrode via the metal material. And the step of individually manufacturing the p-type element and the n-type element. , (1) the thickness of the metal layer and / or the (3) the metal layer is 0.05mm or more.
これにより、複数のｐ型素子とｎ型素子を接合して間接接合型の熱電変換モジュールが製造される。この場合、ｐ型素子とｎ型素子の両端面に形成される（１）金属層と（３）金属層の一方または両方を切削することにより、ｐ型素子とｎ型素子の高さが揃えられる。そして、高さを揃えたｐ型素子とｎ型素子の両端面が金属材を介して金属電極に接合される。本発明によれば、ｐ型素子とｎ型素子の高さ方向のバラツキが抑えられるので、金属電極と熱源が密着するようになり、熱電変換モジュールの高効率化・高出力化が可能になる。さらに、ｐ型素子とｎ型素子を個別に作製する際に（１）金属層および／または（３）金属層の厚さが確保されるので、その（１）金属層および／または（３）金属層を切削してｐ型素子とｎ型素子の高さを揃える工程が容易になる。 As a result, an indirect junction type thermoelectric conversion module is manufactured by joining a plurality of p-type elements and n-type elements. In this case, the heights of the p-type element and the n-type element are equalized by cutting one or both of (1) the metal layer and (3) the metal layer formed on both end faces of the p-type element and the n-type element. It is done. Then, both end surfaces of the p-type element and the n-type element having the same height are joined to the metal electrode through a metal material. According to the present invention, since the variation in the height direction of the p-type element and the n-type element is suppressed, the metal electrode and the heat source come into close contact with each other, and it is possible to increase the efficiency and output of the thermoelectric conversion module. . Furthermore, since the thickness of the (1) metal layer and / or (3) metal layer is secured when the p-type element and the n-type element are separately manufactured, the (1) metal layer and / or (3) The process of cutting the metal layer and aligning the heights of the p-type element and the n-type element is facilitated.
また、本発明の熱電変換モジュール製造方法では、ｐ型素子とｎ型素子の高さを揃える工程において、ｐ型素子とｎ型素子の高さ方向のバラツキＲ が０．０１以下であってもよい。 In the thermoelectric conversion module manufacturing method of the present invention, even when the height variation R 1 between the p-type element and the n-type element is 0.01 or less in the step of aligning the heights of the p-type element and the n-type element. Good.
これにより、ｐ型素子とｎ型素子の高さ方向のバラツキＲ（＝最大値−最小値）が０．０１以下に抑えられる。これにより、金属電極に素子全体が好適に密着するようになり、熱電変換モジュールの高効率化・高出力化が可能になる。 Thereby, the variation R (= maximum value−minimum value) in the height direction of the p-type element and the n-type element is suppressed to 0.01 or less. As a result, the entire element comes into close contact with the metal electrode, and the thermoelectric conversion module can be made highly efficient and have high output.
また、本発明の熱電変換モジュール製造方法では、ｐ型素子とｎ型素子をそれぞれ個別に作製する工程において、（１）金属層および／または（３）金属層の厚さが０．５ｍｍ以上であってもよい。 Moreover, in the thermoelectric conversion module manufacturing method of this invention, in the process of producing a p-type element and an n-type element separately, (1) the metal layer and / or (3) the thickness of the metal layer is 0.5 mm or more. There may be.
これにより、ｐ型素子とｎ型素子を個別に作製する際に（１）金属層および／または（３）金属層の厚さが十分に確保されるので、その（１）金属層および／または（３）金属層を切削してｐ型素子とｎ型素子の高さを揃える工程が容易になる。 Thereby, when the p-type element and the n-type element are separately manufactured, the thickness of the (1) metal layer and / or (3) the metal layer is sufficiently secured, so that the (1) metal layer and / or (3) The process of cutting the metal layer and aligning the heights of the p-type element and the n-type element is facilitated.
本発明の熱電変換モジュールは、複数のｐ型素子とｎ型素子が接合された熱電変換モジュールであって、ｐ型素子とｎ型素子は、焼結ダイに、（１）金属層、（２）ＦｅＳｉ2粉末、（３）金属層を、（１）〜（３）の順に充填し、放電プラズマ焼結法にて焼結を行うことにより、それぞれ個別に作製され、作製されたｐ型素子とｎ型素子について、（１）金属層および／または（３）金属層を切削することにより、ｐ型素子とｎ型素子の高さが揃えられ、高さが揃えられたｐ型素子とｎ型素子の両端面に金属材が塗布され、金属材を介してｐ型素子とｎ型素子の両端面が金属電極に接合され、前記ｐ型素子と前記ｎ型素子をそれぞれ個別に作製する工程において、前記（１）金属層および／または前記（３）金属層の厚さが０．０５ｍｍ以上である。 The thermoelectric conversion module of the present invention is a thermoelectric conversion module in which a plurality of p-type elements and n-type elements are joined, and the p-type elements and the n-type elements are provided on a sintered die, (1) a metal layer, (2 ) FeSi 2 powder, (3) A p-type element produced individually by filling the metal layer in the order of (1) to (3) and sintering by the discharge plasma sintering method. For the n-type element, (1) the metal layer and / or (3) the p-type element and the n-type element are aligned by cutting the metal layer so that the heights of the p-type element and the n-type element are the same. A metal material is applied to both end faces of the mold element, and both end faces of the p-type element and the n-type element are joined to the metal electrode through the metal material, and the p-type element and the n-type element are individually manufactured. The thickness of the (1) metal layer and / or the (3) metal layer is 0.05 mm or less. It is.
これにより、上記と同様、ｐ型素子とｎ型素子の両端面に形成される（１）金属層と（３）金属層の一方または両方を切削することにより、ｐ型素子とｎ型素子の高さが揃えられている。そして、高さを揃えたｐ型素子とｎ型素子の両端面が金属材を介して金属電極に接合されている。本発明によれば、ｐ型素子とｎ型素子の高さ方向のバラツキが抑えられているので、金属電極と熱源が密着するようになり、熱電変換モジュールの高効率化・高出力化が可能になる。さらに、ｐ型素子とｎ型素子を個別に作製する際に（１）金属層および／または（３）金属層の厚さが確保されるので、その（１）金属層および／または（３）金属層を切削してｐ型素子とｎ型素子の高さを揃える工程が容易になる。 Thereby, similarly to the above, by cutting one or both of the (1) metal layer and (3) metal layer formed on both end faces of the p-type element and the n-type element, the p-type element and the n-type element The height is aligned. Then, both end surfaces of the p-type element and the n-type element having the same height are joined to the metal electrode via a metal material. According to the present invention, since the variation in the height direction of the p-type element and the n-type element is suppressed, the metal electrode and the heat source come into close contact with each other, and the thermoelectric conversion module can be made highly efficient and have high output. become. Furthermore, since the thickness of the (1) metal layer and / or (3) metal layer is secured when the p-type element and the n-type element are separately manufactured, the (1) metal layer and / or (3) The process of cutting the metal layer and aligning the heights of the p-type element and the n-type element is facilitated.
本発明によれば、ｐ型素子とｎ型素子の高さ方向のバラツキが抑えられているので、金属電極と熱源が密着するようになり、熱電変換モジュールの高効率化・高出力化を実現することができる。 According to the present invention, the variation in the height direction of the p-type element and the n-type element is suppressed, so that the metal electrode and the heat source come into close contact with each other, realizing high efficiency and high output of the thermoelectric conversion module. can do.
以下、本発明の実施の形態の熱電変換モジュールについて、図面を用いて説明する。本実施の形態では、発電装置等に用いられる熱電変換モジュールの場合を例示する。 Hereinafter, a thermoelectric conversion module according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, a case of a thermoelectric conversion module used for a power generation device or the like is illustrated.
＜熱電変換モジュール＞
本発明の実施の形態の熱電変換モジュールの構成を、図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態の熱電変換モジュールの説明図である。図１に示すように、熱電変換モジュール１は、上下一対のセラミックス板２と、セラミックス板２（例えば、アルミナ板など）上に交互に配列される複数の熱電変換素子（ｐ型素子３とｎ型素子４）を備えている。ｐ型素子３とｎ型素子４は、金属電極５（例えば、Ｃｕ電極など）を介して直列に接続されている。
<Thermoelectric conversion module>
The configuration of the thermoelectric conversion module according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory diagram of the thermoelectric conversion module of the present embodiment. As shown in FIG. 1, a thermoelectric conversion module 1 includes a pair of upper and lower ceramic plates 2 and a plurality of thermoelectric conversion elements (p-type elements 3 and n) arranged alternately on a ceramic plate 2 (for example, an alumina plate). A mold element 4) is provided. The p-type element 3 and the n-type element 4 are connected in series via a metal electrode 5 (for example, a Cu electrode).
この場合、ｐ型素子３とｎ型素子４の両端面（図１における上下面）には、金属層６が設けられており、ｐ型素子３とｎ型素子４の金属層６と金属電極５との間には、金属材７が介在している。金属層６としては、例えば、銅、ニッケル、金、白金などの金属を材料とした、金属箔または金属板を用いることが可能である。また、金属材７としては、例えば銀ペースト、はんだ、ろう材などを用いることが可能である。このように、ｐ型素子３とｎ型素子４は、金属層６と金属ペースト７を介して、金属電極５に接合されている。なお、金属層６の厚さは、０．０５ｍｍ以上であることが望ましく、０．５ｍｍ以上であることが更に望ましい。 In this case, metal layers 6 are provided on both end surfaces (upper and lower surfaces in FIG. 1) of the p-type element 3 and the n-type element 4, and the metal layers 6 and the metal electrodes of the p-type element 3 and the n-type element 4 are provided. The metal material 7 is interposed between the two. As the metal layer 6, for example, a metal foil or a metal plate made of a metal such as copper, nickel, gold, or platinum can be used. Moreover, as the metal material 7, it is possible to use a silver paste, solder, brazing material, etc., for example. Thus, the p-type element 3 and the n-type element 4 are bonded to the metal electrode 5 via the metal layer 6 and the metal paste 7. Note that the thickness of the metal layer 6 is desirably 0.05 mm or more, and more desirably 0.5 mm or more.
なお、図１では、説明の便宜のため、２個のｐ型素子３と２個のｎ型素子４のみしか図示されていないが、ｐ型素子３とｎ型素子４の数は、これに限定されず、それぞれ複数（２個以上）であればよい。例えば、熱電変換モジュール１は、８個のｐ型素子３と８個のｎ型素子４（８対の熱電変換素子）で構成することができる。 In FIG. 1, only two p-type elements 3 and two n-type elements 4 are shown for convenience of explanation, but the number of p-type elements 3 and n-type elements 4 is not limited to this. It is not limited, and may be plural (two or more). For example, the thermoelectric conversion module 1 can be composed of eight p-type elements 3 and eight n-type elements 4 (eight pairs of thermoelectric conversion elements).
＜製造方法＞
次に、図２〜図６を参照して、熱電変換モジュール１の製造方法について説明する。図２に示すように、まず、円柱型のキャビティを有する焼結ダイ１０を用意し、焼結ダイ１０のキャビティの内周面にカーボンペーパー１１を設置する。
<Manufacturing method>
Next, with reference to FIGS. 2-6, the manufacturing method of the thermoelectric conversion module 1 is demonstrated. As shown in FIG. 2, first, a sintered die 10 having a cylindrical cavity is prepared, and carbon paper 11 is placed on the inner peripheral surface of the cavity of the sintered die 10.
つづいて、図３に示すように、キャビティの下側から下部パンチ１２を挿入し、キャビティ内に熱電変換素子の材料となるＦｅＳｉ2粉末を充填する。この場合、ｐ型素子３とｎ型素子４は、それぞれ個別に作製される。ｐ型素子３の材料としては、ＦｅＳｉ2−４．１重量％Ｃｒを用い、ｎ型素子４の材料として、ＦｅＳｉ2−２．４重量％Ｃｏを用いた。その後、キャビティの上側から上部パンチ１３を挿入し、充填したＦｅＳｉ2粉末を軽く押し固める。ＦｅＳｉ2粉末を軽く押し固めるときの圧力は、例えば、０．１Ｍｐａ程度である。 Subsequently, as shown in FIG. 3, the lower punch 12 is inserted from the lower side of the cavity, and the FeSi 2 powder as the material of the thermoelectric conversion element is filled in the cavity. In this case, the p-type element 3 and the n-type element 4 are individually manufactured. FeSi 2 −4.1 wt% Cr was used as the material for the p-type element 3, and FeSi 2 −2.4 wt% Co was used as the material for the n-type element 4. Thereafter, the upper punch 13 is inserted from the upper side of the cavity, and the filled FeSi 2 powder is lightly pressed and hardened. The pressure when lightly compacting the FeSi 2 powder is, for example, about 0.1 Mpa.
つぎに、図４に示すように、上部パンチ１３をキャビティから取り外し、上側の金属層６とカーボンペーパー１４をキャビティ内に挿入し、その上側から上部パンチ１３をキャビティ内に挿入する。同様に、下部パンチ１２をキャビティから取り外し、下側の金属層６とカーボンペーパー１４をキャビティ内に挿入し、その下側から下部パンチ１２をキャビティ内に挿入する（図５参照）。 Next, as shown in FIG. 4, the upper punch 13 is removed from the cavity, the upper metal layer 6 and the carbon paper 14 are inserted into the cavity, and the upper punch 13 is inserted into the cavity from the upper side. Similarly, the lower punch 12 is removed from the cavity, the lower metal layer 6 and the carbon paper 14 are inserted into the cavity, and the lower punch 12 is inserted into the cavity from the lower side (see FIG. 5).
そして、図５に示すように、ハンドプレス機を用いて、上部パンチ１３と下部パンチ１２に圧力をかけて型締めを行う。そして、放電プラズマ焼結法（ＳＰＳ法）により焼結を行う。型締めを行うときの圧力は、例えば、７０Ｍｐａであり、焼結を行うときの温度は、例えば、１０２３Ｋ（７５０℃）である。 Then, as shown in FIG. 5, the mold is clamped by applying pressure to the upper punch 13 and the lower punch 12 using a hand press. Then, sintering is performed by a discharge plasma sintering method (SPS method). The pressure at the time of clamping is, for example, 70 MPa, and the temperature at the time of sintering is, for example, 1023 K (750 ° C.).
このようにして、図６（左図）に示すような、円柱状の熱電変換素子（例えば、直径２０ｍｍ、高さ約５ｍｍ）が作製される。そして、低速精密カッターを用いて、円柱状の熱電変換素子から、図６（右図）に示すような、角柱状の熱電変換素子（例えば、縦３ｍｍ、横３ｍｍ、高さ５ｍｍ）が切り出される。 In this way, a cylindrical thermoelectric conversion element (for example, a diameter of 20 mm and a height of about 5 mm) as shown in FIG. 6 (left figure) is produced. Then, using a low-speed precision cutter, a prismatic thermoelectric conversion element (for example, 3 mm long, 3 mm wide, 5 mm high) as shown in FIG. 6 (right figure) is cut out from the cylindrical thermoelectric conversion element. .
本実施の形態では、例えば、８対の熱電変換素子（８個のｐ型素子３と８個のｎ型素子４）が作製されるが、このとき、熱電変換素子の両端面の金属層６の一方または両方を切削することにより、８対の熱電変換素子の高さが精度良く揃えられる。金属層６としては、例えば、銀箔（厚さ０．０５ｍｍ）や銀板（厚さ０．５ｍｍ）が用いられる。そして、図１に示すように、セラミックス板２の上に金属電極５を接合し、熱電変換素子の両端面に金属材７を塗布して、金属材７を介して熱電変換素子と金属電極５を接合する。金属材７としては、例えば、銀ペーストが用いられる。 In the present embodiment, for example, eight pairs of thermoelectric conversion elements (eight p-type elements 3 and eight n-type elements 4) are produced. At this time, the metal layers 6 on both end faces of the thermoelectric conversion elements are produced. By cutting one or both of them, the heights of the eight pairs of thermoelectric conversion elements are aligned with high accuracy. As the metal layer 6, for example, a silver foil (thickness 0.05 mm) or a silver plate (thickness 0.5 mm) is used. And as shown in FIG. 1, the metal electrode 5 is joined on the ceramic board 2, the metal material 7 is apply | coated to the both end surfaces of a thermoelectric conversion element, and the thermoelectric conversion element and the metal electrode 5 are passed through the metal material 7. Join. As the metal material 7, for example, a silver paste is used.
＜発電出力の測定＞
上記のように製造した熱電変換モジュール１（実施例）の発電出力を測定した。熱電変換モジュール１では、上下のセラミック基板に温度差が与えられると、ゼーベック効果により、その温度差が電圧に変換される（起電力が生じる）。そこで、本実施の形態では、図７に示すように、ヒーター２０と冷却プレート２１の間に熱電変換モジュール１を接合し、冷却装置（冷水循環装置）２２にて冷却プレート２１を冷やすとともに、ヒーター２０の電源２３を入れて電熱線２４に１００ｍＡの電流を流した。
<Measurement of power generation output>
The power generation output of the thermoelectric conversion module 1 (Example) manufactured as described above was measured. In the thermoelectric conversion module 1, when a temperature difference is given to the upper and lower ceramic substrates, the temperature difference is converted into a voltage (electromotive force is generated) by the Seebeck effect. Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 7, the thermoelectric conversion module 1 is joined between the heater 20 and the cooling plate 21, the cooling plate 21 is cooled by the cooling device (cold water circulation device) 22, and the heater 20 power supplies 23 were turned on, and a current of 100 mA was passed through the heating wire 24.
このようにして、上下のセラミック基板に温度差を与えた状態で、熱電変換モジュール１に外部負荷抵抗（図視せず）をつけて、負荷抵抗を変化させたときの電流・電圧を測定し、最大電力量を求めた。図８には、その測定結果が示される。なお、バラツキＲは、以下の式により算出される。
バラツキＲ＝最大値−最小値
In this way, with a temperature difference between the upper and lower ceramic substrates, an external load resistance (not shown) is attached to the thermoelectric conversion module 1, and the current and voltage when the load resistance is changed are measured. The maximum amount of power was determined. FIG. 8 shows the measurement results. The variation R is calculated by the following equation.
Variation R = Maximum value-Minimum value
本実施例の熱電変換モジュール１は、上記のように、それぞれ個別に作製したｐ型素子３とｎ型素子４を接合した「間接接合型」である。図８には、実施例１として、金属層６として銀板（厚さ０．５ｍｍ）を用いた場合の熱電変換モジュールの測定結果を示し、実施例２として、金属層６として銀箔（厚さ０．０５ｍｍ）を用いた場合の熱電変換モジュールの測定結果を示した。この測定結果から、高さ寸法のバラツキＲを抑えたほうが、より高い最大電力量を得られることがわかる。 As described above, the thermoelectric conversion module 1 of the present embodiment is an “indirect junction type” in which the p-type element 3 and the n-type element 4 that are individually manufactured are joined. In FIG. 8, the measurement result of the thermoelectric conversion module at the time of using a silver plate (thickness 0.5 mm) as the metal layer 6 as Example 1 is shown, and as Example 2, the silver foil (thickness) as the metal layer 6 is shown. The measurement result of the thermoelectric conversion module when 0.05 mm) is used is shown. From this measurement result, it can be seen that a higher maximum electric energy can be obtained by suppressing the variation R in height dimension.
このように、本実施の形態の熱電変換モジュール１の製造方法によれば、ｐ型素子３とｎ型素子４の両端面に形成される金属層６の一方または両方を切削することにより、ｐ型素子３とｎ型素子４の高さが揃えられる。そして、高さを揃えたｐ型素子３とｎ型素子４の両端面が金属材７を介して金属電極５に接合される。本実施の形態によれば、ｐ型素子３とｎ型素子４の高さ方向のバラツキが抑えられるので、金属電極５に素子全体が密着するようになり、熱電変換モジュール１の高効率化・高出力化が可能になる。 Thus, according to the manufacturing method of the thermoelectric conversion module 1 of the present embodiment, by cutting one or both of the metal layers 6 formed on both end faces of the p-type element 3 and the n-type element 4, p The heights of the mold element 3 and the n-type element 4 are aligned. Then, both end surfaces of the p-type element 3 and the n-type element 4 having the same height are joined to the metal electrode 5 via the metal material 7. According to the present embodiment, since variations in the height direction of the p-type element 3 and the n-type element 4 are suppressed, the entire element comes into close contact with the metal electrode 5, thereby improving the efficiency of the thermoelectric conversion module 1. High output is possible.
また、本実施の形態では、ｐ型素子３とｎ型素子４の高さ方向のバラツキＲが０．０１以下に抑えられる。これにより、金属電極５に素子全体が好適に密着するようになり、熱電変換モジュール１の高効率化・高出力化が可能になる。 Further, in the present embodiment, the variation R in the height direction between the p-type element 3 and the n-type element 4 is suppressed to 0.01 or less. As a result, the entire element comes into close contact with the metal electrode 5, and the thermoelectric conversion module 1 can be made highly efficient and have high output.
また、本実施の形態では、ｐ型素子３とｎ型素子４を個別に作製する際に金属層６の十分な厚さが確保されるので、その金属層６を切削してｐ型素子３とｎ型素子４の高さを揃える工程が容易になる。 Further, in the present embodiment, when the p-type element 3 and the n-type element 4 are separately manufactured, a sufficient thickness of the metal layer 6 is ensured. Therefore, the metal layer 6 is cut and the p-type element 3 is cut. And the process of aligning the height of the n-type element 4 is facilitated.
以上、本発明の実施の形態を例示により説明したが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではなく、請求項に記載された範囲内において目的に応じて変更・変形することが可能である。 The embodiments of the present invention have been described above by way of example, but the scope of the present invention is not limited to these embodiments, and can be changed or modified according to the purpose within the scope of the claims. is there.
以上のように、本発明にかかる熱電変換モジュールの製造方法は、熱電変換モジュールの高効率化・高出力化を実現することができるという効果を有し、発電装置等の製造に用いられ、有用である。 As described above, the method for manufacturing a thermoelectric conversion module according to the present invention has the effect of achieving high efficiency and high output of the thermoelectric conversion module, and is useful for manufacturing power generators and the like. It is.
１ 熱電変換モジュール
２ セラミックス板
３ ｐ型素子
４ ｎ型素子
５ 金属電極
６ 金属層（銀板）
７ 金属材（銀ペースト）
１０ 焼結ダイ
１１ カーボンペーパー
１２ 下部パンチ
１３ 上部パンチ
１４ カーボンペーパー
２０ ヒーター
２１ 冷却プレート
２２ 冷却装置（冷水循環装置）
２３ 電源
２４ 電熱線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Thermoelectric conversion module 2 Ceramic board 3 P-type element 4 N-type element 5 Metal electrode 6 Metal layer (silver plate)
7 Metal material (silver paste)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Sintering die 11 Carbon paper 12 Lower punch 13 Upper punch 14 Carbon paper 20 Heater 21 Cooling plate 22 Cooling device (cold water circulation device)
23 Power supply 24 Heating wire
Claims (4)
前記製造方法は、
焼結ダイに、（１）金属層、（２）ＦｅＳｉ2粉末、（３）金属層を、前記（１）〜（３）の順に充填し、放電プラズマ焼結法にて焼結を行うことにより、前記ｐ型素子と前記ｎ型素子をそれぞれ個別に作製する工程と、
作製した前記ｐ型素子と前記ｎ型素子について、前記（１）金属層および／または前記（３）金属層を切削することにより、前記ｐ型素子と前記ｎ型素子の高さを揃える工程と、
高さを揃えた前記ｐ型素子と前記ｎ型素子の両端面に金属材を塗布し、前記金属材を介して前記ｐ型素子と前記ｎ型素子の両端面を金属電極に接合する工程と、
を含み、
前記ｐ型素子と前記ｎ型素子をそれぞれ個別に作製する工程において、前記（１）金属層および／または前記（３）金属層の厚さが０．０５ｍｍ以上であることを特徴とする熱電変換モジュールの製造方法。 A thermoelectric conversion module manufacturing method for manufacturing a thermoelectric conversion module by joining a plurality of p-type elements and n-type elements,
The manufacturing method includes:
(1) Metal layer, (2) FeSi 2 powder, (3) Metal layer are filled in the sintering die in the order of (1) to (3), and sintered by the discharge plasma sintering method. A step of individually producing the p-type element and the n-type element,
For the produced p-type element and the n-type element, the step of aligning the heights of the p-type element and the n-type element by cutting the (1) metal layer and / or the (3) metal layer; ,
Applying a metal material to both end faces of the p-type element and the n-type element having the same height, and joining both end faces of the p-type element and the n-type element to metal electrodes via the metal material; ,
Including
In the step of individually producing the p-type element and the n-type element, the thickness of the (1) metal layer and / or the (3) metal layer is 0.05 mm or more, Module manufacturing method.
前記ｐ型素子と前記ｎ型素子は、焼結ダイに、（１）金属層、（２）ＦｅＳｉ2粉末、（３）金属層を、前記（１）〜（３）の順に充填し、放電プラズマ焼結法にて焼結を行うことにより、それぞれ個別に作製され、
作製された前記ｐ型素子と前記ｎ型素子について、前記（１）金属層および／または前記（３）金属層を切削することにより、前記ｐ型素子と前記ｎ型素子の高さが揃えられ、
高さが揃えられた前記ｐ型素子と前記ｎ型素子の両端面に金属材が塗布され、前記金属材を介して前記ｐ型素子と前記ｎ型素子の両端面が金属電極に接合され、
前記ｐ型素子と前記ｎ型素子をそれぞれ個別に作製する工程において、前記（１）金属層および／または前記（３）金属層の厚さが０．０５ｍｍ以上であることを特徴とする熱電変換モジュール。 A thermoelectric conversion module in which a plurality of p-type elements and n-type elements are joined,
In the p-type element and the n-type element, a sintered die is filled with (1) a metal layer, (2) FeSi 2 powder, and (3) a metal layer in the order of (1) to (3). By sintering by plasma sintering method, each is produced individually,
By cutting the (1) metal layer and / or the (3) metal layer for the produced p-type element and the n-type element, the heights of the p-type element and the n-type element are aligned. ,
Metal materials are applied to both end faces of the p-type element and the n-type element whose heights are aligned, and both end faces of the p-type element and the n-type element are joined to metal electrodes via the metal material,
In the step of individually producing the p-type element and the n-type element, the thickness of the (1) metal layer and / or the (3) metal layer is 0.05 mm or more, module.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6952937B1 (en) * | 2020-12-14 | 2021-10-27 | 三菱電機株式会社 | Power control device, thermoelectric power generation system, and power control method |
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2013
- 2013-09-03 JP JP2013182043A patent/JP2015050372A/en active Pending
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